THE LATE MESOZOIC EXTENSION-SLIPPING-CONTRACTION OF THE ERLANGPING GROUP IN THE NORTH QINLING TECTONIC BELT, CENTRAL CHINA
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摘要: 晚中生代, 中朝、扬子两地块的拼合带进一步受到强烈的陆内构造-岩浆活动改造, 为揭示其规律性, 以拼合带上北秦岭二郎坪群主体地块为研究对象, 综合开展了中小构造解析、显微构造岩组学、电子探针、年代学等研究。研究发现, 二郎坪群主体内部的小寨-二郎坪剪切带具右行韧性走滑特征, 大庙-湾潭剪切带具右行韧性走滑兼后期脆-韧性逆掩叠加的特征; 40Ar/39Ar构造-热年代学分析揭示出一期连续抬升-剥露过程, 时间介于~ 121 Ma和~ 100 Ma之间。晚中生代二郎坪群地块经历了伸展-走滑-收缩背景依次控制下的构造改造过程, 先是在区域伸展体制下, 被内部的小寨-二郎坪剪切带、大庙-湾潭剪切带切割为抱树坪岩片、火神庙岩片、二进沟岩片等构造岩片; 在其后的早白垩世早期区域走滑背景下, 各构造岩片又发生了平移为主的右行走滑运动; 最后, 二郎坪岩体的侵入终止了内部小寨-二郎坪剪切带的活动, 而大庙-湾潭剪切带也在区域收缩体制下终止活动, 从而使二郎坪群重又焊接为一体。研究结果预示着北秦岭二郎坪群晚中生代同时期的构造体制可能与大别山是相反的。Abstract: The convergence belt between the Sino-Korea block and the Yangtze block was strongly deformed by intracontinental tectonomagmatic activity in the Late Mesozoic.In order to show details of the belt during the Late Mesozoic, we have carried out a series of analysis for the Erlangping Group on mesosmall structure, micro-texture, electron-probe and geochronology.The study has recognized a ductile right lateral slipping deformation for the Xiaozhai-Erlangping shear zone inside the Erlangping Group, and a superimposion of ductile right lateral slipping and late brittle-ductile thrusting for the Damiao-Wantan shear zone.40Ar/39Ar tectonic-thermal chronological analysis reveals a continuous uplifting-denudating course between ~ 121 Ma and ~ 100 Ma.During the Late Mesozoic, the Erlangping Group experienced the tectonic reworkings respectively under the extensional, slipping and contractional tectonic regimes. Firstly, under the regionally extensional condition, the Erlangping Group was split by the XiaozhaiErlangping and Damiao-Wantan shear zones into three slabs, namely the Baoshuping, Huoshenmiao, and Erjingou slabs.Then in Early Cretaceous a right lateral movement of the slabs happened under a slipping regime.The intrusion of the Erlangping rock body ended the Xiaozhai-Erlangping shear zone, and the Damiao-Wantan shear zone was stopped under a contractional tectonic regime, which made the Erlangping Group welded into a single block again.Our results also indicated that the tectonic evolution of the Erlangping Group of the North Qinling in the Late Mesozoic processed in an opposite way to that of the Dabieshan tectonic belt.
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Key words:
- Late Mesozoic /
- the Erlangping Group /
- tectonic slab /
- shear zone /
- 40Ar/39Ar geochronology /
- tectonic regime
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东濮凹陷位于渤海湾盆地西南临清坳陷的南部, 凹陷内发育规模和活动周期不尽相同的断裂, 这些断裂的长期继承性发育不仅控制了东濮凹陷的形成和发育, 也控制了盆地内油气分布与富集[1~7]。濮卫环洼带隶属于东濮凹陷中央隆起带, 为北部卫东-文东断裂系和濮城-陈营断裂系相向下落所形成的“断洼型”负向构造单元, 地质结构复杂, 储层空间展布变化大。目前, 构造高部位的勘探程度较高, 而洼陷带勘探程度还较低。因此, 深入研究该区断裂特征及其对油气运聚的作用, 对滚动勘探开发和隐蔽油气藏勘探具有重要意义。渤海湾及其周缘乃至华北地区油气成藏条件与油气运聚过程研究日亦深入, 已取得许多新成果[8~19]可以借鉴。
1. 断裂发育特征
1.1 卫东-文东断裂系
卫东-文东断裂系由复杂的卫东断裂破碎带和文东断层、文51断层等组成(图 1、表 1)。
图 1 濮卫环洼带主要断裂分布图Figure 1. Distribution chart of main faults in the Pu-Wei ring depression表 1 濮卫环洼带主要断裂要素表Table 1. Main fault elements in Pu-Wei ring depression
(1) 卫东断层
由3条呈雁行式排列的断层组成, 是一组东倾的滑脱性大断层, 北起古云集地区, 南至卫70井附近消失。断层在沙二下亚段沉积晚期产生, 至东营组沉积末期停止活动。断层走向NNE, 倾向SEE, 倾角15~50°, 落差为50~1130m。剖面上, 在沙三段盐层顺层滑动, 并在盐层内消失, 向下不切割基底。卫东断层下降盘伴生一系列反向“Y”字型次级断层, 从深层到浅层多期发育, 明显控制沙二段、沙一段及东营组等地层的沉积。
(2) 文东断层
文东断层是环洼带南部的西界断层, 向南断层落差逐渐增大。在研究区内, 断层走向NE、倾向SE, 延伸长度5km, 剖面上表现为上缓下陡, 落差为30~250m, 沙三下亚段沉积末期开始活动, 沙三中沉积期强烈活动, 至东营组沉积末期停止活动。
(3) 文51断层
属于卫东断层的伴生断层, 与卫东断层斜交, 呈反“ Y”形, 断层走向NEE, 倾向NWW, 倾角10~40°, 落差50~260m, 南大北小, 延伸长度约2.5km, 于沙二上至沙一期活动, 沙二上沉积期对沉积的控制作用明显。
1.2 濮城-陈营断裂系
濮城-陈营断裂系展布于濮城和陈营地区, 发育濮城南断层、濮67断层、濮31断层、濮138断层和陈营断层(见图 1、表 1)。
(1) 濮城南断层
断层走向NE, 倾向NW, 倾角25~60°, 落差50~560m, 延伸长度大于8.5km。断层活动时间为沙三中亚段早期至东营组沉积期。
(2) 濮67断层
濮67断层位于濮城-陈营断裂系的中段, 与濮城南断层和陈营断层首尾相接, 走向NNE, 倾向NWW, 延伸长度约10km。剖面上具有上陡下缓的特点, 倾角20~60°, 断层落差为50~360m, 北大南小。产生于沙三中亚段沉积期, 结束于沙二上亚段沉积末期。
(3) 濮31断层
濮31断层断面下陡上缓, 为濮67断层的伴生断层, 从沙三中后期一直活动至东营组沉积期。断层走向NNE、倾向NWW, 倾角40~60°, 落差50~200m, 延伸长度约10km。
(4) 濮138断层
位于濮31断层的西侧, 断层走向NNE向, 倾向NWW, 倾角40~60°, 落差为50~350m, 延伸长度约8km。剖面上, 向深部交接到濮67断层上。断层活动时间为沙三中-上亚段沉积期。
(5) 陈营断层
陈营断层是一条切割基底的区域性控制沉积断层, SN走向、倾向正西, 断层落差为50 ~1000m, 南端小、北端大, 延伸长度约10km。断裂活动开始于沙三下亚段沉积早期, 结束于沙二上亚段沉积晚期, 沙三下-中期剧烈活动。陈营断层与濮67断层呈雁行式排列, 向北斜交于古云集的云3断层。
2. 断层活动性分析
目前主要采用断层生长指数、断层落差、断层活动速率等参数来定量表示断层的活动性[20~22]。濮卫环洼带主要断层生长指数和断层落差统计表明, 同一条断层的不同部位、甚至同一部位的不同时期, 其活动性都存在着较大的差异。
卫东断层是卫东-文东断裂系的主体, 沙二上亚段至东营组沉积期间, 持续较强的断裂活动, 是一条长期活动的控洼断层。卫东三号断层活动范围最广泛, 活动强度大, 断层最大落差高达1130m。东营组沉积期, 卫东断层的活动性最强, 断层中段生长指数高达3.5, 在601测线上断层落差达518m。沿走向分段性明显, 断层中段活动强度最大, 向两端活动性减弱(图 2a、b)。
图 2 濮卫环带主要断层生长指数与落差直方图Figure 2. The growth index and paleo-fall bar chart of the main faults in the Pu-Wei ring depression濮城南断层位于濮城-陈营断裂系南端, 活动时间较长, 但整体活动性较弱, 最大落差为560m。沙三中-上亚段沉积期是该断裂主要活动期, 活动范围最广泛, 最大生长指数为1.8, 901测线上的断层落差达460m。沙二下开始活动强度逐渐减弱, 活动范围也缩小至中南部, 至东营期仅在1001测线附近活动, 落差为60m (图 2c、d)。
濮67断层活动时间相对较短, 沙三中-上亚段沉积时期断层活动最为强烈, 沙二下次之, 沙二上活动强度最小。沙三中-上亚段沉积时期, 在701~801测线附近活动性最强, 断层生长指数近1.8, 最大落差达360m, 为濮卫环洼带早期的控洼断裂之一(图 2e、f)。
濮31断层活动时间长, 不同时期、不同部位的断层活动强度变化较大。从断层生长指数来看, 沙三中-上沉积期断层活动性最强, 沙二下开始断层活动相对减弱, 沙一和东营期仅在741测线附近活动, 断层活动微弱。(图 2g)。
濮138断层活动时间较短, 沙三中亚段沉积期断层活动强度弱, 至沙三上亚段沉积期断层活动较为强烈, 且向西南方向活动性增强(图 2h)。
3. 断裂与油气运聚的关系
3.1 断层与储集体的配置关系
断层和连通砂体是濮卫环洼带最主要的运移通道, 二者共同构成了断层型、断-砂组合型油气输导体系, 它们在平面分布以及成藏模式上均具有较大的差异。
(1) 断层输导体系
该输导体系类型分布较为局限, 仅分布于文明寨的主体高部位、濮城断阶带和卫城卫东断层附近, 其中以文明寨主体部位最具代表性。文明寨主体构造位置较高, 自身生烃能力差, 区内断裂发育, 由于卫东断层沟通了烃源岩和储集层, 油气沿断层面向上垂向运移, 在适当部位聚集成藏, 油气的垂向运移距离远远大于侧向运移距离。
据地层水矿化度对比分析, 濮卫环洼带沙二段地层水具有异常高矿化度, 其值与下部沙三段地层水矿化度较接近。平面上, 异常高矿化度的CaCl2型地层水主要沿濮31、濮城南、卫东断层分布(图 3), 表明这些断层是流体运移的主要通道, 它们沟通了深部的地层, 使高矿化度地层水沿断裂带向上运移。
图 3 濮卫环洼带沙二段异常高矿化度地层水平面分布图Figure 3. Distribution of exceedingly high-mineralization water in Sha-2 Member in the Pu-Wei ring depression然而, 断层输导体系若输送大量的油气, 往往需要断层沟通有效烃源岩, 且在烃源岩层系内存在大量的砂体, 这些砂体可以汇聚生烃层系的油气, 然后借助于断层的沟通作用向上部垂向运移, 运移至地层倾角不大的地层进入断层面两侧砂体中形成油气藏。
(2) 断-砂复合输导体系
断层与砂体相互配置构成了濮卫环洼带运载油气的主要输导体系, 分布范围较广, 在卫城和濮城的主体部位最具代表性。目前已经发现的濮城油田、濮城南地区的文213含油气区等, 均具有此类运聚特征。
濮卫环洼带砂岩厚度较大, 断-砂匹配关系良好, 构成了良好的输导体系。该区域的多套砂岩储层呈层状分布于洼陷内及斜坡带, 纵向上每套输导层之上均有泥岩和盐岩盖层封隔, 以侧向输导为主(图 4)。此时, 砂体主要起运移通道的作用, 而断层主要起阻挡油气, 并调节油气运移层系和方向的作用。因此, 随着油气运移层系的不断变浅, 运移动力具有明显的衰减, 在断层活动停止、封堵条件较好的地区聚集成藏, 形成主断层附近的构造-地层油气藏和远离主断层的边部岩性油气藏。
3.2 断层活动时间与油气运聚时间的匹配关系
断层活动时间与大规模油气运聚时间的匹配关系, 决定了断层在油气运移成藏中的贡献, 同时也决定了油气藏的分布特征[23]。濮卫环洼带烃源岩生排烃史、油气藏饱和压力及流体包裹体分析表明, 东营组沉积期沙三段烃源岩已经进入生烃门限, 是油气生成和成藏高峰期。东营组地层的剥蚀, 使烃源岩热演化生烃受到抑制甚至停止。新近纪以来研究区再次下沉接受沉积, 至新近纪晚期发生明显的二次生烃作用, 但此时构造活动弱, 生排烃量相对较小①。故该地区成藏关键时期是在东营组沉积时期[24]。
① 高平.濮卫洼陷岩性油气藏成藏规律与精细勘探[R].河南濮阳:中原油田分公司勘探开发科学研究院, 2008.
濮卫环洼带主要断层活动时间与油气运移期对比分析表明(表 2), 卫东断层活动时间长, 油气大规模运移时期强烈活动, 与成藏时间匹配好, 是油气从深层向浅层运移的重要通道。文东、濮31及濮城南等断层活动强度微弱, 活动范围局限, 但与油气大规模运移时间相匹配, 可充当油气运移的有效通道。文51、濮67、濮138和陈营等断层活动时间较早, 东营期已经停止活动或基本停止活动, 主要对油气的聚集成藏起圈闭遮挡的作用。
表 2 濮卫环洼带主要断层活动时间与油气运移期对比表Table 2. Comparison of growth index to main fault and migration phase of the hydrocarbon
此外, 断层本身活动的不均衡性也使油气运聚成藏情况复杂化。同一条断层(或断层的某一段)在不同时期或不同部位, 由于活动强度的不一致, 对油气成藏所起的作用也不尽相同, 某一时期作为油气运移的通道, 输导油气, 另一时期则成为阻止油气运移的屏障, 使油气在断层附近聚集成藏。
4. 结论
(1) 濮卫环洼带主要发育卫东-文东断裂系和濮城-陈营断裂系, 均为较大规模的二级断裂。卫东-文东断裂系由复杂的卫东断裂破碎带和文东断层、文51断层等组成, 濮城-陈营断裂系自东而西发育陈营断层、濮67断层、濮城南断层、濮31断层和濮138断层。
(2) 卫东、文东、濮城南及濮31等断层活动时间较长, 活动强度不一致, 与成藏时间匹配好, 是油气从深层向浅层运移的重要通道, 文东、濮31及濮城南等断层可充当油气运移的有效通道。
(3) 断层和连通砂体构成了断层型、断-砂组合型油气输导体系。断层型输导体系沟通了烃源岩和储集层, 增强了油气垂向运移能力, 断-砂组合型油气输导体系以侧向输导为主, 断层主要起阻挡油气, 并调节油气运移层系和方向的作用。这些结论对本区油气田滚动勘探开发有重要意义。
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图 2 中坪南二云母片岩显微构造
强烈叶理化改造, 发育云母C-C'劈理构造, 即发育两期云母, 早期为黑云母C面理, 晚期为白云母(绢云母)C'面理。薄片号Q0414a (图 1D, 点0414), 薄片恢复产状为北西-南东走向、直立倾角; CPL—正交偏光, PPL—单偏光。下同
Figure 2. Micro-structure of muscovite-biotite schist from Zhongping village
图 3 小寨-二郎坪韧性剪切带内糜棱岩三维显微构造模型
同一糜棱岩样品(图 1D, 点0414), 薄片Q0414-1a、Q0414-1b模型由两张恢复产状的互相垂直薄片的正交偏光显微照片拼合而成, 表现出伸展型C-C'构造的发育特点, C'内常见新生矿物白云母, 指示遭受了沿主剪切面C的右行平移剪切
Figure 3. 3D micro-structural model for mylonite from the Xiaozhai-Erlangping Ductile Shear Zone
图 4 大庙-湾潭剪切带的显微右行剪切运动学标志
千糜岩样品Q0403-1 (图 1C, 湾潭附近采样点0403)正交偏光照片, 显示了C-C'构造指示右行剪切的特点
Figure 4. Micro-dextral shearing marks along the Damiao-Wantan Shear Zone
图 5 朱阳关-夏馆韧性剪切带小水-马蹄湾一带的糜棱岩显微岩组学分析
眼球状长英质糜棱岩样品Q0421-7 (图 1D点0421)正交偏光照片。眼球状长石残斑较多, 波状消光, 与细粒化长石基质构成残斑系。石英主要以聚晶条带样式呈现, 其中细小单晶又多表现为细晶弱变形状态。下半球等面积投影石英c轴组构极密类型为较大的Ⅲ型极密(菱面滑移)和较小的Ⅷ型极密(底面滑移)。结合显微鉴定及产状恢复, 可判断出两个明显的韧性变形阶段:一为大极密所指示的大规模上盘指向北西的中温下降改造, 二为小极密所指示的局部性上盘指向南东的低温抬升改造过程
Figure 5. Micro-texture analysis of mylonite from Xiaoshui-Matiwan area along the Zhuyangguan-Xiaguan Shear Zone
图 6 朱阳关-夏馆剪切带子母沟糜棱岩显微构造分析
糜棱岩样品Q4124 (图 1B点4124)正交偏光显微照片。石英呈聚晶条带状, 单晶已定向拉长。下半球等面积投影石英c轴组构图显示极密类型为Ⅲ型极密(中温菱面滑移)和Ⅴ型极密(高温柱面滑移)。结合显微鉴定及产状恢复, 可判断出两个明显的韧性变形阶段:一为Ⅲ型极密所指示的上盘向北的中温构造伸展, 二为Ⅴ型极密所指示的上盘向南的高温抬升缩短
Figure 6. Micro-texture analysis of mylonite from Zimugou located in the Zhuyangguan-Xiaguan Shear Zone
图 7 瓦穴子-乔端剪切带(F2)糜棱岩显微构造分析
马连一带糜棱岩显微照片(左为单偏光, 中为正交偏光, 图 1B采样点0523)显示长英质S-C糜棱岩结构, 示右行剪切。S-C夹角13°, C-C′夹角26°
Figure 7. Micro-structural analysis of mylonite from the Waxuezi-Qiaoduan Shear Zone
图 8 Q0420-1黑云母40Ar/39Ar坪年龄谱(左)和等时年龄(右)
Figure 8. 40Ar/39Ar plateau age (left)and isochron age (right)of biotite from Sample Q0420-1
表 1 样品Q0420-1黑云母40Ar/39Ar阶段升温测年数据
Table 1. 40Ar/39Ar aging data of biotite from Sample Q0420-1
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